建筑物成像快照雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、建筑物成像快照雷達(dá)通過(guò)輻射電磁波獲取建筑物內(nèi)部信息，實(shí)現(xiàn)建筑物內(nèi)部墻體位置和分布成像，從而提高現(xiàn)場(chǎng)決策人員的建筑物透視感知能力，為反恐巷戰(zhàn)、城市救援、執(zhí)法抓捕等行動(dòng)提供重要情報(bào)和參考依據(jù)。針對(duì)現(xiàn)有建筑物成像雷達(dá)存在的問(wèn)題，本文主要從系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)與控制、天線陣列設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以及成像算法設(shè)計(jì)展開(kāi)了以下工作：
　　1、提出一種步進(jìn)頻信號(hào)體制的建筑物成像快照雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該方案使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(Vector Network Anal

2、yzer，VNA)、微波射頻控制模塊、6個(gè)超寬帶喇叭天線以及PC上位機(jī)搭建系統(tǒng)硬件平臺(tái)，然后通過(guò)仿真設(shè)計(jì)步進(jìn)頻信號(hào)波形參數(shù)以滿足建筑物成像的需要。為實(shí)現(xiàn)整機(jī)控制，方便測(cè)量，基于LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的參數(shù)配置、數(shù)據(jù)采集，最后對(duì)采集到的數(shù)據(jù)利用LabVIEW中的數(shù)據(jù)處理模塊成像處理，實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。
　　2、針對(duì)有限陣元的固定孔徑天線陣列情況下獲取建筑物墻體數(shù)據(jù)采樣少，成像效果差，旁瓣嚴(yán)重的問(wèn)題，提出一種基于虛擬相

3、位中心的分時(shí)復(fù)用天線陣列設(shè)計(jì)方法。該方法使用6個(gè)超寬帶喇叭天線組成線性陣列，并結(jié)合虛擬相位中心原理使用非均勻布陣方式以引入更多虛擬陣元；同時(shí)，為在有限孔徑內(nèi)獲得更多目標(biāo)信息，使用分時(shí)復(fù)用的天線工作方法，通過(guò)設(shè)計(jì)微波射頻控制模塊用以擴(kuò)展通道及實(shí)現(xiàn)通道選擇，使不同陣元依次工作，實(shí)現(xiàn)陣元收發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換從而達(dá)到分時(shí)復(fù)用的工作目的。由此6個(gè)天線陣元在有限孔徑內(nèi)可以采集30組數(shù)據(jù)。仿真和實(shí)驗(yàn)表明該陣列設(shè)計(jì)方法有效的提高系統(tǒng)獲取空間信息能力，并且在稀疏

4、布陣的情況下起到抑制旁瓣的作用。
　　3、針對(duì)現(xiàn)有算法不能保證墻體成像的輪廓特性，且處理時(shí)間長(zhǎng)、占用存儲(chǔ)空間大的問(wèn)題，提出一種基于優(yōu)化最小化框架的墻體單次快照成像算法。該方法利用時(shí)域數(shù)據(jù)處理，首先根據(jù)墻體物理特性構(gòu)造塊特性矩陣，然后結(jié)合套索模型推導(dǎo)出優(yōu)化最小化框架下的迭代公式。在迭代過(guò)程中，根據(jù)時(shí)域信號(hào)時(shí)移特性，利用散射系數(shù)與字典矩陣元素相關(guān)性迭代求解，避免大型矩陣計(jì)算，從而減少算法處理時(shí)間和降低存儲(chǔ)空間。迭代過(guò)程中的變量計(jì)算在不